Nussbaum関数PIDコントローラーの実機展開:ハードウェア認識型Optunaチューニングによる低コストアクチュエーターへの適用

本論文は、Nussbaum関数PIDコントローラーをシミュレーションレベルからNiryo NED3 Proアクチュエーターへの直接的な電流コマンド制御に落とし込み、実機展開における課題を調査する。摩擦、エンコーダー量子化、電流制限、通信遅延、低速アクチュエーションの非線形性といった実機特有の問題に対処するため、適応状態の正則化、低速参照フィードフォワード、テール領域ダンピングを追加したハードウェア指向の実装を評価した。パラメータは、79回の実機トライアルからなるハードウェア認識型Optunaアーカイブを用いて選択され、安全でない実行は却下された。この強化された実装は、300秒の連続動作において、平均絶対誤差を10.476°から1.054°に、内部コマンド飽和率を0.450から0.012に低減させた。本研究の主な貢献は、チューニングされたコントローラーだけでなく、適応管理、アクチュエーションマッピング、ハードウェア認識型最適化を研究デザインの核として扱うことで、NussbaumベースのPID制御を低コストマニピュレーターに展開・改善できる再現可能な実機手法を示したことである。